CN103094322A - 能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱；各P型阱之间设有栅极；栅极的表面覆盖有层间氧化介质；所述栅极上方的层间氧化介质内设有一层金属板，该金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质形成电容结构；多个金属板相互连接，并通过外部链接与场效应管的漏极引出端相连。所述金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度小于其他区域的层间氧化介质厚度。本发明通过对现有的沟槽型绝缘栅场效应管的结构单元从栅氧化层结构上进行优化，能够达到降低场效应管开启电压，提升器件泄放电流能力的目的。

Description

能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构
技术领域
本发明涉及一种沟槽型绝缘栅场效应管，具体涉及一种能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构。
背景技术
现有的沟槽型绝缘栅场效应管(IGBT)单元如图1所示，包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱，多个P型阱之间分别通过沟槽隔离；沟槽内形成有栅氧化层，栅氧化层内填充有多晶硅栅，构成场效应管的栅极；沟槽两侧的P型阱内分别有一N型有源区作为场效应管的源极；在P型阱中与N型有源区相邻的还有一P型有源区用做P型阱的接出端，在外部与源极相连；N型外延层的背面有一层P型注入层，作为场效应管的漏极引出端；多晶硅栅极的表面覆盖有层间氧化介质，层间氧化介质内设有通孔，通孔与N型有源区和一P型有源区接触。
对于静电保护器件，要求其触发电压应当小于内部被保护器件的损毁电压(损毁电压一般是栅氧Gate Oxide击穿电压或者器件源漏的击穿电压)。而现有的沟槽型绝缘栅场效应管器件在用于静电保护时，其触发电压不会低于N型外延与P型阱的击穿电压，因此其击穿电压较高，而且受工艺本身的限制很难调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，它可以解决IGBT器件在用于静电保护时的触发电压太高以致无法保护住内部电路的问题。
为解决上述技术问题，本发明能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构的技术解决方案为：
包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱，多个P型阱之间被相互隔离；各P型阱内分别有两个N型有源区作为场效应管的源极，P型阱内的两个N型有源区通过一P型有源区隔离，两个N型有源区与P型有源区源极共同通过通孔与地端相连；N型外延层的背面有一层P型注入层作为场效应管的漏极引出端；各P型阱之间设有栅极；栅极的表面覆盖有层间氧化介质；所述栅极上方的层间氧化介质内设有一层金属板，该金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质形成电容结构；多个金属板相互连接，并通过外部链接与场效应管的漏极引出端相连。
所述金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度小于其他区域的层间氧化介质厚度。
所述金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度不小于3500埃。
所述多个P型阱之间被沟槽相互隔离；各沟槽内形成有栅氧化层，栅氧化层内填充有多晶硅栅，各沟槽内的栅氧化层及多晶硅栅构成所述栅极。
所述多个P型阱之间被N型外延层相互隔离；各隔离区的上方有栅氧化层，栅氧化层的上方有多晶硅栅，各隔离区上方的栅氧化层及多晶硅栅构成所述栅极。
本发明可以达到的技术效果是：
本发明通过对现有的沟槽型绝缘栅场效应管的结构单元从栅氧化层结构上进行优化，能够达到降低场效应管开启电压，提升器件泄放电流能力的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有的沟槽型绝缘栅场效应管的示意图；
图2是本发明能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构的示意图；
图3是本发明的另一实施例的示意图；
图4是本发明的等效电路图。
图5是采用本发明的电路图。
具体实施方式
如图2所示为本发明能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构的第一实施例，包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱，多个P型阱之间分别通过沟槽隔离；各沟槽内形成有栅氧化层，栅氧化层内填充有多晶硅栅，各沟槽内的栅氧化层及多晶硅栅构成场效应管的多晶硅栅极；各P型阱内分别有两个与沟槽相邻的N型有源区作为场效应管的源极；P型阱内的两个N型有源区通过一P型有源区隔离，P型有源区用做P型阱的接出端，在外部与源极相连，两个N型有源区与P型有源区源极共同通过通孔与地端相连；N型外延层的背面有一层P型注入层，作为场效应管的漏极引出端；多晶硅栅极的表面覆盖有层间氧化介质，层间氧化介质内设有通孔，通孔与N型有源区和一P型有源区接触；该场效应管为纵向沟槽型绝缘栅场效应管；
多晶硅栅极上方的层间氧化介质内设有一层金属板，该金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质形成电容结构，起到隔离作用；金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度小于其他区域的层间氧化介质厚度，且该处的厚度不小于3500A(埃)；
多个金属板相互连接，并通过外部链接与场效应管的漏极引出端相连。
如图3所示为本发明能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构的第二实施例，包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱，多个P型阱之间分别通过N型外延层隔离；各隔离区的上方有栅氧化层，栅氧化层的上方有多晶硅栅，各隔离区上方的栅氧化层及多晶硅栅构成场效应管的多晶硅栅极；各P型阱内分别有两个N型有源区作为场效应管的源极；P型阱内的两个N型有源区通过一P型有源区隔离，P型有源区用做P型阱的接出端，在外部与源极相连，两个N型有源区与P型有源区源极共同通过通孔与地端相连；N型外延层的背面有一层P型注入层，作为场效应管的漏极引出端；多晶硅栅极的表面覆盖有层间氧化介质，层间氧化介质内设有通孔，通孔与N型有源区和一P型有源区接触；该场效应管为横向沟槽型绝缘栅场效应管；
多晶硅栅极上方的层间氧化介质内设有一层金属板，该金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质形成电容结构，起到隔离作用；金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度小于其他区域的层间氧化介质厚度，且该处的厚度不小于3500A(埃)；
多个金属板相互连接，并通过外部链接与场效应管的漏极引出端相连。
本发明的等效电路图如图4所示。
本发明的多晶硅栅极上方的金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度不小于3500A，能够防止金属板与多晶硅栅之间的隔离太薄，承受不住正常的工作电压(可应用100V以上)。
为了降低绝缘栅场效应管的触发电压，本发明对其结构进行优化，在多晶硅栅上方形成一层额外的金属板，金属板与多晶硅栅之间有层间氧化介质隔离形成电容结构，此处的层间氧化介质的厚度小于其他区域的介质厚度，且厚度不小于3500A。如图5所示，当有静电从静电端进入时，同时会加到此金属板上，会在多晶硅栅上耦合电压，使得沟道开启形成电流，进而触发了IGBT中寄生的NPN和PNP三极管开启泄放电流。由于静电的上升时间是在纳秒(ns)级，而正常工作电压的上升时间是毫秒(ms)级，较静电的上升时间慢了很多，也不容易在多晶硅栅上耦合电压，因此使用此电容耦合触发的方式，不会导致IGBT器件在正常工作电压下被误触发。

Claims (5)

1.一种能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，包括一N型外延层，N型外延层的顶部形成有多个P型阱，多个P型阱之间被相互隔离；各P型阱内分别有两个N型有源区作为场效应管的源极，P型阱内的两个N型有源区通过一P型有源区隔离，两个N型有源区与P型有源区源极共同通过通孔与地端相连；N型外延层的背面有一层P型注入层作为场效应管的漏极引出端；各P型阱之间设有栅极；栅极的表面覆盖有层间氧化介质；其特征在于：所述栅极上方的层间氧化介质内设有一层金属板，该金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质形成电容结构；多个金属板相互连接，并通过外部链接与场效应管的漏极引出端相连。
2.根据权利要求1所述的能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，其特征在于：所述金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度小于其他区域的层间氧化介质厚度。
3.根据权利要求1所述的能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，其特征在于：所述金属板与多晶硅栅之间的层间氧化介质的厚度不小于3500埃。
4.根据权利要求1至3任一项所述的能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，其特征在于：所述多个P型阱之间被沟槽相互隔离；各沟槽内形成有栅氧化层，栅氧化层内填充有多晶硅栅，各沟槽内的栅氧化层及多晶硅栅构成所述栅极。
5.根据权利要求1至3任一项所述的能够用于静电保护的沟槽型绝缘栅场效应管结构，其特征在于：所述多个P型阱之间被N型外延层相互隔离；各隔离区的上方有栅氧化层，栅氧化层的上方有多晶硅栅，各隔离区上方的栅氧化层及多晶硅栅构成所述栅极。
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